V sobotu 2. listopadu proběhla mohutná oslava naší plnoletosti !!
Multimediaexpo.cz je již 18 let na českém internetu !!

Ozubené kolo

Z Multimediaexpo.cz

Ozubené kolo

Ozubené kolo je disk, který má po obvodu tvarově definované zuby a je uzpůsoben k přenosu krouticího momentu mezi osami (hřídeli) nebo otočnými součástkami stroje. Ozubené kolo je základní konstrukční součástí převodovek a dalších strojů. Ozubená kola jsou strojní součásti, jimiž se převádí točivý pohyb a přenáší mechanická energie z jednoho hřídele na druhý. Používají se především pro převody se stálým poměrem a s malou osovou vzdáleností hřídelů. Vyrábějí se především z ocele, ale i z dalších materiálů. Pro lehké převody je možno ozubená kola vyrábět z plastů (např. hračky). S rozvojem nanotechnologií došlo i k miniaturizaci ozubených kol na rozměr, kdy zub kola má sílu několika atomů. Ozubená kola se vyrábějí několika způsoby, viz Výroba ozubených kol.

Obsah

Použití

Převody

  • převod momentu síly
  • změna osy nebo směru otáčení
    • přenos kroutícího momentu mezi různoběžnými osami
    • přenos kroutícího momentu mezi mimoběžným osami
    • změna pohybu z otočného na přímý nebo opačně s ozubeným hřebenem

Převod ozubenými koly

  • Převod ozubenými koly může být jednoduchý nebo složený.

Jednoduchý převod

Jednoduchý převod se skládá z dvojice kol, zpravidla z malého (pastorek) a velkého ozubeného kola. Dvě vzájemně zabírající kola se také nazývají jednoduché soukolí.

Složený převod

Složený převod je převod, kdy je v záběru více několik dvojic ozubených kol. Je-li v záběru několik dvojic kol, nazáváme toto soukolím složeným

Jednoduchý převod

Složený převod

Rozdělení ozubených kol

Podle vzájemné polohy os (hřídelí)

  • rovnoběžné osy: (čelní soukolí s vnějším nebo vnitřním ozubením)
    • s vnějším ozubením
    • s vnitřním ozubením
  • různoběžné osy: (soukolí kuželová, úhel může být i jiný než 90°)
  • mimoběžné osy: (šroubová soukolí válcová, soukolí šneková, soukolí hypoidní)

Rovnoběžné osy, vnější ozubení, přímé

Rovnoběžné osy, vnitřní ozubení, přímé

Různoběžné osy, vnější ozubení, přímé

Mimoběžné osy, vnější ozubení, šikmé

Mimoběžné osy, vnější ozubení, šnekové

Mimoběžné osy, vnější ozubení, hypoidní

Podle průběhu zubů

  • čelní kola: s přímými, šikmými, šípovitými, zakřivenými zuby
  • kuželová kola: s přímými, šikmými, šípovitými a zakřivenými zuby

Poznámka:

  • šípové ozubení je složení dvou šikmých ozubení (levé a pravé)
  • znak automobilky Citroen nese znázornění šípovitého ozubení

Čelní kolo, přímé zuby

Čelní kolo, šikmé zuby

Čelní kolo, šípovité zuby

Čelní kolo, zakřivené zuby

Kuželové kolo, přímé zuby

Kuželové kolo, šikmé zuby

Kuželové kolo, šípovité zuby

Kuželové kolo, zakřivené zuby

Podle kinetických poměrů

  • valivá soukolí: boky zubů se po sobě "odvalují"
  • šroubová soukolí: boky zubů se o sebe "otírají"

Valivé soukolí

Šroubové soukolí

Požadavky na ozubená kola

Rovnoměrný přenos otáček

Při rovnoměrném otáčení hnacího kola se musí i hnané kolo otáčet rovnoměrně.

Minimalizace ztrát

Ztráty vznikající mechanickým třením musí být co nejmenší.

Volba profilu boku zubu

Tyto požadavky mají vliv na volbu profilu boku zubu. Nejrozšířenějším profilem boku zubu je s evolventními boky zubů, v některých případech s cykloidními boky zubů. Rozšířené je i použití Novikových kruhových boků zubů. Požadavku stálosti převodového poměru vyhovuje evolventa a cykloida, požadavku k vyloučení odchylky vypočítané vzdálenosti (teoretické) os, splňuje jen evolventa. Z hlediska mechanických ztrát při pohybu je výhodnější cykloida. Výrobní nástroj pro evolventu je jednodušší, rozdíly účinnosti při použití evolventy a cykloidy nejsou velké a nedostatky evolventních boků zubů je možno kompenzovat korekcemi.

Profily boků zubů

  • Evolventní - nejčastejší
  • Cykloidní
  • Žebrové - např. starých mlýnech
  • Hypoidní
  • Kruhový oblouk (Wildhaber-Novikovovo ozubení) Jediný "Kruhový oblouk" nesplňuje "Základní zákon ozubení", ale i přesto se používá pro svůj příznivý stykový poměr.

Geometrie zubu

Geometrie zubu

Základní pojmy geometrie

Základní pojmy geometrie
Vzdálenost os: délka přímé spojnice hřídelů dvou vzájemně zabírajících kol
Profil zubu: tvoří boky a oblouk hlavové kruřnice
Aktivní profil: (pracovné délka profilu) je část obrycu boků zubů, která přichází do záběru
Zubová mezera: prostor mezi dvěma protilehlými boky dvou sousedních zubů
Výška zubu: skládá se výšky hlavy a výšky paty zubu, rozmezí mezi hlavou a patou zubu je tvořena roztečnou kružnicí
Tloušťka zubu a velikost mezery: jsou definovány obloukem na roztečné kružnici
Rozteč: je součet tloušťky zubu a velikosti mezery na roztečné kružnici
Modul: poměr průměru roztečné kružnice (v mm) a počtu zubů; základní míra všech ozubení
Roztečná kružnice: rozděluje zub a mezeru stejným dílem (u hřebene tato kružnice přechází v přímku), u běžného ozubení je totožná s kružnicí valivou, u korigovaného soukolí není totožná
Hlavová kružnice: kružnice opsaná hlavám zubů (vně u vnějšího ozubení, uvnitř u vnitřního ozubení)
Patní kružnice: omezuje paty zubových mezer
Pól: je bod ležící na na spojnici středů kol, který dělí vzdálenost obou os v poměru převodového poměru
Dráha záběru: je čára, po které se pohybuje dotykový bod zabírajících zubů, u evolventního ozubení je dráhou záběru přímka, která je tečnou k základní kružnici obou kol
Úhel záběru: je úhel mezi normálou ke střednici a čárou záběru
Hlavová vůle: (radiální) je rozdíl mezi výškou hlavy a patou zubu (podle způsobu výroby)
Boční vůle: je nejmenší vzdálenost nazabírajících boků zubů dvou kol v okamžiku záběru protilehlých boků a je měřena kolmo k bokům zubů (na druhé záběrové čáře)

Běžná geometrie

Běžná geometrie (běžné ozubení) je ozubení, při němž libovolné ozubené kolo daného modulu může zabírat s jiným libovolným kolem stejného modulu při normální vzdálenosti os. Roztečné kružnice obou kol se dotýkají a zuby obou kol jsou na roztečných kružnicích stejně tlusté.

Korigovaná geometrie

Korigovaná geometrie je změna tvaru ozubení, používaná např. k zesílení paty, zmenšení skluzu, k dosažení potřebné vzdálenosti os a dalších úprav. Korigované ozubené kolo může pracovat v záběru s korigovaným ozubeným kolem opačné korekce.

Průběh přenosu síly

Evolventní

Na obrázku je zobrazen průběh přenosu síly přes boky zubů podle úhlu natočení. Na animovaném obrázku je znázorněn příklad pro evolventní ozubení, kdy kolo na levé straně je hnací, kolo na pravé straně je hnané. Podle úhlu natočení se mění bod na boku ozubení, přes který se přenáší síla. Ačkoliv vzniká dojem, že dochází k pohybu (skluzu) přenášené síly, směr přenosu síly je stále po stejné přímce.

Typy ozubených kol

Čelní kola

S přímými zuby

Čelní kola s přímými zuby jsou nejčastěji používaná ozubená kola. Přímé zuby jsou učeny pro rovnoběžné osy hřídelů. Profily zubů jsou odvozené od výše uvedeného ale u skutečných kol je nutno provést prostorové úpravy (kola mají určitou šířku, místem dotyku ozubení není bod ale přímka).
Při konstrukci soukolí je požadován určitý převodový poměr i = n1/n2. Poměr je možno měnit pouze v celých číslech na straně ozubených kol (vždy celý počet zubů na obvodu kola) i = z2/z1.

Prostorový tvar přímého ozubení

Silové poměry přímého ozubení

Se šikmými zuby

Čelní kola s šikmými zuby mají tu výhodu, že mají plynulejší a delší záběr, tišší chod a menší mezní počet zubů. Nevýhodou je vznik axiální síly. Pro záběr dvou ozubených kol se šikmými zuby musí mít jedno kolo kladný úhel sklonu zubů, druhé kolo záporný úhel sklonu zubů.

Se šípovitými zuby

Čelní kola se šípovitými zuby mají stejnou výhodu jako kola s šikmými zuby, ale nevznikají zde axiální síly, neboť je eliminuje symetrická konstrukce sešikmení ozubení.

Prostorový tvar šikmého ozubení

Silové poměry šikmého ozubení

Geometrie šípovitého ozubení

Různé druhy šípovitého ozubení

Se šikmými Wildhaber-Novikovými zuby

Čelní kola s šikmým Novikovým ozubením, tedy ozubení s kruhovými boky určené pro převody velkých výkonů, má velkou účinnost a mnoho dalších předností. Principielně toto ozubení s kruhovým profilem nevyhovuje základním požadavkům ozubení jako evolventní nebo cykloidní. Pro konstrukci tohoto ozubení je možno použít jen šikmých zubů z hlediska geometrie přenosu záběru.

Wildhaber-Novikovo zubení

S vnitřním ozubením

Čelní kola s vnitřním ozubením se konstruují jako věnec, na jehož vnitřní straně je ozubení, do kterého zapadá pastorek. Na rozdíl od jiných ozubení je směr otáčení obou ozubených kol shodný.

Vnitřní zubení

Kuželová kola

S přímými zuby

Kuželová kola s přímými zuby se používají pro různoběžné osy hřídelů se společným průnikem os. Ozubení se šikmými zuby je složitější než u čelních ozubení. Místo evolventního profilu zubu se používá i oktoidní, které se snáze vyrábí.

Se šikmými zuby a šípovitými zuby

Kuželová kola se šikmými zuby mají příznivější provozní charakteristiky podobně jako u čelního ozubení a lépe se přizpůsobují deformacím hřídelů za provozu. Tento typ ozubení není přiliš používán, pouze v případech, kdy jsou rozměry kol větší, než dovoluje geometrie strojů pro výrobu zakřiveného ozubení.

Kuželové kolo s přímými zuby

Různé řešení úhlu os hřídelí

Kuželové kolo se šikmýni zuby

Kuželové kolo se šípovitými zuby

Se zakřivenými zuby

Kuželová kola se zakřivenými zuby se také nazývají se spirálními zuby a mají příznivější provozní charakteristiky podobně jako u čelního ozubení a lépe se přizpůsobují deformacím hřídelů za provozu. Provedení ozubení kola se člení následovně:

  • kruhově spirální (Gleason), provedení jako obloukové ozubení nebo hypoidní ozubení
  • paloidní (Klingelnberg)
  • eloidní/epicykloidní (Öerlikon)

Kuželové kolo se zakřivenými zuby

Kuželové kolo se spirálními zuby

Kuželové kolo se zuby evolventními a palloidními

Kuželové kolo s kruhovými obloukovými zuby

Kuželové kolo systému Gleason

Kuželové kolo systému Gleason

Kuželové kolo systému Gleason, hypoidní ozubení

Kuželové kolo s paloidním ozubením systému Klingelnberg

Kuželové kolo s eloidním ozubením systému Öerlikon

Šroubové soukolí

Šroubové soukolí je ozubené soukolí pro mimoběžné osy hřídelů, protože při otáčení vzniká posun, tj. šroubový pohyb. Takovéto soukolí je možno vytvořit pouze, jsou-li kola částmi rotačních hyperboloidů. Pokud v přenosu kroutícího momentu nastává situace, kdy je jedno kolo střídavě hnací i hnané, volí se úhel vyklopení pro obě kola stejný (β1 = β2 = 45°) nebo alespoň velmi blízký 45°. Přiblížení: šroub může při otáčení přenášet na matici posun, obráceně matice při posunu a při nevhodném úhlu nemůže vyvodit otáčivý pohyb šroubu, neboť dojde k samosevření převodu.'

Šroubové soukolí pro mimoběžné osy

Geometrie šroubového soukolí

Šnekové soukolí

Šneková soukolí jsou určena pro převody mezi mimoběžnými hřídeli s úhlem 90°. Šneková soukolí se člení na dvě skupiny:

  • s válcovým šnekem a válcovým kolem (používá se hlavně v jemné mechanice)
  • s válcovým šnekem a globoidním kolem
  • s globoidním šnekem i kolem (dokáží přenést až trojnásobný výkon než předchozí)

Šnek soukolí

Šnek soukolí může být různého provedení:

  • podle orientace - se stoupáním pravým i levým
  • podle počtu chodů - jednochodý, dvouchodý ... 12-ti chodý.
  • podle profilu - spirální (Archimédův) / obecný / evolventní / konkávní
  • s duplexním šnekem - rozdílné stoupání pravého a levého boku zubu

Kolo soukolí

Kolo soukolí je protikusem šneku, do kterého zapadá ozubením (podobné kolu se šikmými zuby)

  • podle orientace - se stoupáním pravým i levým
  • nerozlišuje se počed chodů jako u šneku
  • podle profilu - spirální (Archimédův) / obecný / evolventní / konkávní

Orientace stoupnání

Archimedův 3.chodý šnek

Konkávní šnek

Konkávní a válcové kolo

Převody

Modul

Modul je poměr průměru roztečné kružnice a počtu zubů. Je to základní katalogový údaj u ozubených kol. Modulem se určuje "hrubost" (nebo "jemnost") ozubení, a tedy hlavně velikost ozubeného kola. Ozubená kola v určitém převodu musí mít stejný modul Modul se vybírá podle výkonu, který musí dané kolo přenášet.

  • Větší modul je pro větší výkon
  • Menší modul pro menší velikost (a zčásti i větší přesnost)

Modul m se vypočítá: \(m = \frac{p}{\pi}\) kde:

  • p je obvodová vzdálenost dvou zubů (jejich os)

Každý zub má dvě části:

  • Hlava - velikost hlavy je rovná modulu
  • Pata - také rovná modulu plus pracovní vůle

Pracovní vůle může být od 10% do 50%, ale nejčastěji 25%. Pracovní vůle (vůle v zubech) se volí větší u větších otáček, snižuje však přesnost u změny směru otáčení ("mrtvý chod", převod chvíli nereaguje). Vzálenost os dvou ozubených kol D se vypočítá: \(D = m\frac{z_1+z_2}{2}\) kde:

  • z1, z2 - počet zubů kola 1 a 2
  • m - modul

Související články

technologie

přímé aplikace použití

odvozené aplikace

Externí odkaz


Citováno z „http://ww.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Ozuben%C3%A9_kolo“